268_FRANCISCO DE ASSIS CORREA.pdf

8/19/2019 268_FRANCISCO DE ASSIS CORREA.pdf

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

CELSO SUCKOW DA FONSECA – CEFET/RJ

DIRETORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

COORDENADORIA DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA

DISSERTAÇÃO

CONTRIBUIÇÃO À ANÁLISE ESTRUTURAL DE CASAS POPULARES COMESTRUTURA METÁLICA ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Francisco de Assis Corrêa

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PÓS-

GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA COMO PARTE DOS REQUISITOSNECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM TECNOLOGIA

Pedro Manuel Calas Lopes Pacheco, D.Sc.

Orientador

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL.

SETEMBRO / 2009


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ii

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 01

I - NECESSIDADE DA RACIONALIZAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DAS HABITAÇÕES

POPULARES NO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO E O USO DO AÇO

04

I.1. Habitações populares e o problema social no município do Rio de janeiro 04

I.2. O aço como material de construção de moradias 09

II – CASO ESTUDADO USITETO/POPMETAL 14

II.1. Projeto popmetal 17

III – ANÁLISE ESTRUTURAL SEGUNDO A NORMA NBR 8800 21

III.1. Principais características 21

III.2. Tipos de carregamentos 21

III.3. Dimensionamento estrutural com detalhamento 26

III.4. Colunas 31

III.5. Ligações 35

III.6. Fundações 41

IV – ANÁLISE ESTRUTURAL UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS 49

IV.1. A Simulação Pelo Método de Elementos Finitos 49

IV.2. Modelos dos projetos USIMINAS e POPMETAL 50

V – SIMULAÇÕES NUMÉRICAS 63

VI - CONCLUSÃO 70

VII - REFERÊNCIAS 74

VIII - ANEXOS

IX – FOLHA DE APROVAÇÃO


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iii

FICHA CATALOGRÁFICA


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iv

Dedico este trabalho ao meu pai, onde quer que ele esteja. A minha mãe, e ao meu

irmão Sergio Corrêa que sempre me incentiva e apóia com entusiasmo em todas as minhas

empreitadas.

Obrigado!


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v

Agradecimentos

A todo corpo docente e administrativo da pós-graduação, e aos meus colegas de curso.

Ao meu orientador, que com muita sabedoria e paciência me conduziu com segurança

por este caminho.

E a Deus, por me ajudar a superar os tantos obstáculos!


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vi

“É por retomar o antigo que aprendemos o novo, e assim nos tornamos mestre”Confúcio (551-479 a .C) Filósofo chinês.


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vii

Resumo da dissertação submetida ao DIPPG/CEFET-RJ como parte integrante dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de mestre em tecnologia (M.T.)

CONTRIBUIÇÃO À ANÁLISE ESTRUTURAL DE CASAS POPULARES COMESTRUTURA METÁLICA ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS


Setembro / 2009

Orientador: Pedro Manuel Calas Lopes Pacheco, D.Sc.

Programa: PPTEC

A falta de moradias adequadas para a população de baixa renda é um problema que assolanão só o Brasil como todo o mundo. A utilização de novas tecnologias e a redução dos custosenvolvidos são fatores decisivos para permitir a redução desse déficit. Uma parcelaconsiderável do custo de uma casa popular está associada ao custo do material utilizado. Nosúltimos anos novos tipos de casas populares têm sido propostos, utilizando diversos materiaise tecnologias. As casas populares com estrutura metálica oferecem diversas vantagens como ocusto final e a facilidade de montagem. Nesse escopo, este trabalho apresenta umametodologia baseada no método de elementos finitos que permite avaliar o comportamentoestrutural de casas populares com estrutura metálica. Através de modelos numéricos daestrutura metálica baseados no método de elementos finitos é possível identificar os níveis de

solicitação mecânica dos elementos estruturais e auxiliar na escolha de uma configuração queresulte em uma construção de baixo peso e custo. Neste trabalho a metodologia é aplicada auma configuração de casa popular com estrutura metálica existente, com o objetivo de verificara viabilidade de reduzir o peso da estrutura metálica. Resultados das simulações numéricasindicam que o peso da estrutura metálica da casa popular pode ser reduzido em até um quartodo seu peso original sem comprometer a sua integridade estrutural.

Palavras Chave: Análise Estrutural, Método dos Elementos Finitos, Habitação Popular


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Abstract of dissertation submitted to DIPPG / CEFET-RJ as part of the requirements for

obtaining the degree of Master of Technology (MT)

CONTRIBUTION TO STRUCTURAL ANALYSIS OF LOW COST HOUSES WITH STEEL

FRAME STRUCTURE USING THE FINITE ELEMENT METHOD


September / 2009

Supervisor: Pedro Manuel Calas Lopes Pacheco, D.Sc.

Program: PPTEC

The lack of adequate low cost houses for poor population is a problem that is present in thewhole world. The use of new technologies and cost reduction approaches are fundamental forthe deficit reduction. A considerable part of a low cost house cost is associated to the materialcost. In the last years new types of low cost houses have been proposed, using variousmaterials and technologies. Steel frame low cost houses present some advantages as low costand assemblage. In this work a methodology based on the finite element method is developedto assess the structural behavior of steel frame structure low cost houses. Structural solicitationlevels can be predicted using the proposed numerical models and used to in selection ofconfigurations that results in low weight and low cost houses. The methodology is applied to anexisting low cost house to study the viability of steel frame structure weight reduction. Numericalresults show that the steel frame structure weight can be reduced in one-quarter withoutcompromise its structural integrity.

Keywords: Structural Analysis, Finite Element Method, Low Cost Houses


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LISTA DE ILUSTRAÇÕES, TABELAS E GRÁFICOS Pág.

CAPÍTULO I

Figura I. 1 – Situação habitacional no Rio de Janeiro – Mangueira 04

Figura I. 2 a, b, c – Habitações populares verticais e horizontais 09

Figura I. 3 – Estrutura da casa montada 11

Figura I. 4 – Detalhamento do processo 12

CAPÍTULO II

Figura II.1 – Etapas da Montagem sem acréscimos 14

Figura II.2 – Planta baixa humanizada sem acréscimo 15

Figura II.3 – Etapas da montagem do acréscimo – 63m² 15

Figura II.4 – Planta Baixa humanizada com acréscimo – 63m² 16

Figura II.5 – Planta de Arquitetura Humanizada 18Figura II.6 – Planta de Arquitetura Legal – áreas compatíveis 19

CAPÍTULO III

Figura III.1 - Vento nas Edificações 23

Figura III.2 - Isopletas da Velocidade Básica V0 (NBR 6123/88) 24

CAPÍTULO IV

Figura IV.1– Planta baixa de unidade residencial unifamiliar térrea 52

Figura IV.2– Planta da fachada frontal 53

Figura IV.3– Planta da fachada lateral 53

Figura IV.4– Planta de arquitetura humanizada 54

Figura IV.5– Esquemático da estrutura do modelo simulado 54

Figura IV.6– Representação dos pontos . Modelo para metade da construção 55

Figura IV.7– Representação das linhas. Modelo para metade da construção 55

Figura IV.8– Representação das áreas. Modelo para metade da construção 56

Figura IV.9– Elementos BEAM4 (a) e SHELL63 (b). (ANSYS,2006) 56

Figura IV.10– Estrutura metálica. Modelo para a estrutura inteira com os tipos de perfis 57Figura IV.11– Malha de elementos finitos 58

Figura IV.12– Condições de contorno aplicadas na linha da base 59

Figura IV.13– Carregamento da pressão do vento aplicada na lateral e no telhado 61

Figura IV.14– Carregamento da pressão do vento aplicada na frente e no telhado 61


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x

CAPÍTULO V

Figura V.1 – Perfis da estrutura metálica. do projeto da USIMINAS. 64

Figura V.2 – Perfis da estrutura metálica do projeto POPMETAL. 64

Figura V.3 – Deslocamentos. Projeto USIMINAS. 65

Figura V.4 – Deslocamentos. Projeto POPMETAL 65

Figura V.5 – Distribuição da tensão equivalente de von Mises na estrutura USIMINAS 66

Figura V.6 – Distribuição da tensão equivalente de von Mises na estrutura POPMETAL 66

Figura V.7 – Distribuição da tensão equivalente de von Mises . Projeto USIMINAS 67

Figura V.8 – Distribuição da tensão equivalente de von Mises na estrutura metálica.

Região de máximo no encaixe da terça com a cumeeira. Projeto

POPMETAL. 68


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LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO IV

Tabela IV.1 – Características geométricas dos perfis para os projetos analisados 57Tabela IV.2 – Propriedades Mecânicas dos Materiais(NB14) 58

Tabela IV.3 – Cargas distribuídas associadas ao efeito do vento e peso das telhas 60

CAPÍTULO V

Tabela V.1 – Valores máximos da tensão equivalente de von Mises 69

Tabela V.2 – Deslocamentos máximos obtidos 69


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GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS

Autocad - AUTODESK – Software de projetos gráfico em 2D.

ANSYS – Software de simulações pelo método de elementos finitos


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xiii

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AC Abreviatura de “Antes de Cristo”CEFET/RJ Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da

Fonseca

DC Abreviatura de “Depois de Cristo”

EPS Poliestireno Expansível

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

INMETRO Instituto de Metrologia

INT Instituto Nacional de Tecnologia

NBR Norma Brasileira

OMS Organização Mundial de Saúde

PBQPH Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade do

Habitat

PNAD Programa Nacional de Amostra de Domicílios

SINDUSCON-RJ Sindicato da Indústria da Construção Civil – Rio de Janeiro

UFSC Universidade Federal de Santa Catarina


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1

INTRODUÇÃO

Na área de construção civil as tecnologias construtivas estão em constante

transformação com o uso de novos materiais e metodologias de projeto cada vez mais

precisas. A área passa a contar com novos materiais que apresentam um melhor desempenho

em diversas situações com melhores propriedades e maior capacidade de resistir às cargas e

às condições impostas. As metodologias de projeto passam a incorporar ferramentas

computacionais que permitem trabalhar com modelos mais próximos de situações reais,

resultando em previsões mais precisas.

No Brasil o segmento econômico da construção civil é responsável por 14,8% do PIB,

representando um importante setor da economia no país. Entretanto, a indústria da construção

civil é a responsável por 14 a 50% do consumo dos recursos naturais consumidos pela

sociedade em todo planeta (SILVA FILHO et al., 2002).A falta de moradias adequadas para a população de baixa renda é um problema

existente não só o Brasil como em todo o mundo. A utilização de novas tecnologias e a

redução dos custos envolvidos são fatores decisivos para permitir a redução desse déficit. O

problema está presente em todos os estados da federação e, em particular, especificamente o

município do Rio de Janeiro, que possui, segundo o IBGE, um déficit de quase quinhentas mil

unidades, sendo esta incidência maior para a classe com rendimentos abaixo de três salários

mínimos.

Diversos estudos têm sido desenvolvidos nos últimos anos no sentido de contribuir para

reduzir estes problemas. Análises envolvendo ferramentas computacionais, como o método de

elementos finitos, e programas experimentais têm sido desenvolvidas para avaliar o

comportamento estrutural de diversos tipos de casas com o objetivo de aumentar a

confiabilidade e otimizar os projetos. DA COSTA et al. (2003) apresentam um estudo do efeito

da carga de vento provocada por ciclones tropicais em casas utilizando experimentos em

escala real e modelos de elementos finitos. DUBINA (2008) avalia a performance de casas de

estrutura metálica submetidas a carregamentos de terremotos, utilizando técnicas

experimentais e modelos baseados no método de elementos finitos. Outros autores

(SIVAKUMARAN et al., 1998; REN, et al., 2006; ZHOU et al., 2007) focam a análise nocomportamento de perfis de aço utilizados na construção de casas, envolvendo fenômenos

complexos como flambagem plástica. SALEEM e ASHRAF (2008) apresentam um estudo

utilizando modelos baseados no método de elementos finitos para o desenvolvimento de

projetos de casas populares capazes de resistir a terremotos.


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2

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia baseada no método de elementos finitos

desenvolvida para estudar o comportamento estrutural de casas populares com estrutura

metálica. A metodologia envolve a utilização de simulações numéricas obtidas através de

modelos de elementos finitos, desenvolvidas para identificar os níveis de solicitação mecânica

dos elementos estruturais e avaliar a possibilidade de reduzir o peso da estrutura metálica

através da redução da área transversal dos perfis metálicos. O modelo auxilia na escolha de

uma configuração que resulte em uma construção de baixo peso e custo. A metodologia é

aplicada a uma configuração de casa popular com estrutura metálica existente, cujo projeto foi

desenvolvido pela USIMINAS (projeto USITETO), considerando-se as condições de

carregamento para o Município do Rio de Janeiro.

O trabalho está estruturado em cinco capítulos. Em seguida apresenta-se uma breve

descrição dos capítulos do trabalho.

O Capítulo I apresenta uma breve contextualização do problema da falta de habitação

que está presente em todos os estados da federação. Em particular, o foco recai

especificamente no município do Rio de Janeiro que possui, segundo o IBGE, um déficit de

quase quinhentas mil unidades, com maior incidência na classe com rendimentos abaixo de

três salários mínimos. Tal problemática demanda a necessidade de políticas públicas voltadas

para a construção de moradias para população de baixa renda levando em consideração

aspectos relacionados à sustentabilidade. Nesse contexto, complementando o capítulo, o aço é

apresentado como material que possui grande potencial para ser utilizado na construção de

edificações sendo uma opção para uso em casas populares.

No Capítulo II apresenta-se o tipo de casa popular escolhida para análise do

comportamento estrutural através do método de elementos finitos conforme definido no objetivo

desse trabalho. Dois projetos são mostrados: uma estrutura existente (USITETO) e uma

estrutura alternativa proposta (POPMETAL). A estrutura proposta é baseada na estrutura

existente (USITETO), apresentando uma configuração similar à original existente, e é utilizada

para avaliar a redução de peso em relação à estrutura original existente.

Já no Capítulo III, com uma abordagem específica e detalhada, avaliam-se os

carregamentos e esforços solicitantes dentro de um contexto conservativo, proporcionando um

desenvolvimento dentro de parâmetros de segurança e enquadramento das normas técnicaspertinentes ao estudo.

O Capítulo IV apresenta o modelo numérico proposto baseado no método de elementos

finitos para avaliar a estrutura metálica da casa popular. São descritos as condições de

contorno, os carregamentos, a malha e os elementos utilizados.


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3

O Capítulo V apresenta os resultados das simulações numéricas desenvolvidas para as

duas configurações estudadas: USITETO e POPMETAL em termos de desempenho da

estrutura metálica submetida aos carregamentos especificados no Capítulo III. O desempenho

é analisado em termos das tensões equivalentes de von Mises e deslocamentos.

Finalmente a Conclusão apresenta a consolidação dos resultados obtidos e sugestõespara trabalhos futuros.


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4

CAPÍTULO I

NECESSIDADE DA RACIONALIZAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DAS HABITAÇÕES

POPULARES NO MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO E O USO DO AÇO

Esse capítulo destina-se a apresentar uma breve contextualização da problemática da

habitação popular no Município do Rio de Janeiro de modo a evidenciar a necessidade de se

buscar a racionalização da construção nesse tipo de edificação. Primeiramente é mencionado

o problema social da habitação popular no referido município que demanda políticas públicas

voltadas para a construção de moradias para população de baixa renda considerando aspectos

de sustentabilidade. Na sequência é apresentado o aço como material possível de ser utilizado

para atendimento dessa demanda.

I. 1 - HABITAÇÕES POPULARES E O PROBLEMA SOCIAL NO MUNICÍPIO DO RIO DE

JANEIRO

As favelas do Município do Rio de Janeiro surgiram como conseqüência da falta de

planejamento e descuido dos órgãos públicos em sucessivas administrações ocorridas ao

longo dos anos, resultando na situação ilustrada na Figura I. 1.

Figura I. 1 – Situação habitacional no Rio de Janeiro - Mangueira – (Fonte: o autor)


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5

Para Campos (2001) a favelização teve origem pouco antes da abolição da escravatura

em 1888. Conforme o autor:

“A abolição teve seu complemento ardilosamente imposto pela classe

dominante, no veto ao acesso a terra para os ex-escravos. O objetivo

era impedir que a alternativa de vida viável simbolizada pelos quilombos

fosse generalizada. Impedidos de se converterem em camponeses

independentes, uma parcela numerosa dos ex-escravos preferiu tentar a

sobrevivência nos centros urbanos que permanecer como assalariados

ou agregados de seus ex-senhores agrários. Uma boa parte procurou a

então a capital federal, à época o Rio, que já contava com considerável

população de ex-escravos urbanos e negros libertos.”

O bloqueio de acesso à terra e consequente migração para os centros urbanos, fez com

que os ex-escravos construíssem suas moradias em regiões inadequadas à sobrevivência

ocupando locais de difícil acesso e sem infraestrutura sanitária. Ainda segundo Campos (2001):

“Nas favelas, o controle e vigilância, desde o início, não era tão direto e

sempre foi impessoal: ao invés do capataz e do capitão do mato sob

ordens diretas do senhor, atuam as forças coletivas de repressão da

classe capitalista - a polícia, os grupos de extermínio, excepcionalmente

as forças armadas. Mais importante que isso, na senzala o opressor,

através de seus instrumentos, tinha acesso permanente e absoluto,

tinha conhecimento completo do espaço. Na favela, a incursão das

tropas e funcionários do opressor só pode ser esporádica (ainda que

muito violenta), o conhecimento do terreno é precário e incerto (as

senzalas eram construídas segundo plano do senhor; as favelas

crescem sem plano, mas seus moradores conhecem em detalhes sua

geografia complexa), a realidade social da favela não pode ser

conhecida a não ser em linhas gerais.”

Pode-se dizer que o texto do autor, que faz uma reflexão do passado, apresenta

similaridade com a realidade ainda hoje encontrada nas favelas nas favelas do Município do

Rio de Janeiro. Em função de seu relevo acidentado, o referido município apresenta uma

geografia que favoreceu o surgimento de favelas com a ocupação de locais de difícil acesso

por pessoas mais pobres que encontravam nesses locais a perspectiva de ficarem próximas


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6

aos centros urbanos em busca de oportunidades de trabalho, resultando numa ocupação

desordenada do solo. Essa ocupação desordenada do solo, aliada à falta de infraestrutura e

planejamento bem como à condição social das pessoas que habitam as favelas, acabou por

constituir um ambiente propício ao crescimento da marginalidade nesse espaço urbano,

constituindo-se hoje em um grave problema a ser enfrentado pelo poder público.

No que se refere à questão da favelização, COMPANS (2003) acrescenta a

problemática da titulação da propriedade em áreas ocupadas irregularmente conforme o

seguinte relato:

“São muitos os entraves legais e burocráticos para a efetivação da

titulação da propriedade em áreas ocupadas irregularmente. Apesar de

três décadas de experiências em urbanização de favelas no Brasil,

poucas foram aquelas em que o processo de regulamentação fundiária

foi concluído.”

Para BONDUKI (2004) os primórdios da transformação da habitação numa questão

social, datam seu início na primeira metade do século passado, com suas vilas operárias,

cortiços e casas geminadas, conforme ilustrado na Figura I.2, levando a necessidade da

primeira intervenção do Estado nos anos 30 e 40 com os primeiros conjuntos residenciais

públicos, edificados a partir do Estado Novo.


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7

(a)

(b) (c)

Figura I. 2 (a),(b) e (c) –Habitações populares verticais e horizontais

Segundo FUGAZZOLA (2005), a persistente crise brasileira e as políticas econômicas

adotadas nas últimas décadas reduziram drasticamente os recursos aplicados em habitaçõessociais. O desaparecimento paulatino de programas federais que (ainda que marginalmente)

financiaram populações de baixa renda e continham em seu escopo a construção de conjuntos

de moradias, contribuiu para a intensificação de movimentos voltados para a ocupação de

áreas urbanas em condições precárias. Ainda segundo o autor, a ausência de políticas

fundiárias progressistas promoveu a exclusão dos pobres do mercado de terras e as

intervenções públicas nas áreas ocupadas, quando ocorridas, consolidaram essa condição de

penúria.

SACHS (1999) corrobora dizendo que as políticas de crescimento econômico baseado

na desigualdade, implicaram diretamente no acúmulo de loteamentos periféricos, favelas e

cortiços em várias regiões da cidade. Também a crise do SFH – Sistema Financeiro da

Habitação, que nos anos 80 levou à extinção do Banco Nacional da Habitação, provocou uma

queda acentuada nas realizações das COHAB espalhadas por todo o Brasil levando ao

aparecimento de diversas comunidades carentes instituídas com base em construções

inadequadas.


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Há que se destacar que, em 12 de agosto de 2008 (Portal PINI-Web acesso em

14/08/2008), chegou à Câmara dos Deputados, em Brasília, a Proposta de Emenda

Constitucional (PEC) da habitação. A PEC prevê a reserva de 2% do orçamento da União e 1%

da arrecadação dos Estados para os Fundos Nacional, Estaduais e Municipais de Habitação de

Interesse Social. A iniciativa é uma articulação entre movimentos pró-moradia, parlamentares,

secretários de Habitação e entidades nacionais e regionais da construção civil e visa garantir

recursos permanentes para permitir o acesso à moradia digna pelas famílias de baixa renda.

Ainda segundo o portal, durante o lançamento do Comitê Estadual, na Assembléia Legislativa

do Estado de São Paulo, o presidente da empresa estatal (CDHU- Companhia de

Desenvolvimento Urbano do Estado de São Paulo), Lair Krähenbühl, argumentou que a

solução do problema habitacional depende de uma política setorial coerente e compromissada

em atuar em situações críticas e afirma também:

“A moradia reflete diretamente em áreas como educação, saúde, esegurança pública. Os impactos positivos são evidentes. Está provado

que residências que não acomodam satisfatoriamente os membros da

família prejudicam o desempenho escolar dos jovens, que não tem

espaço para estudar. O ambiente também é propício à transmissão de

doenças.”

Considerando-se o estabelecimento de uma política pública, projetos habitacionais de

âmbito nacional devem privilegiar as considerações básicas de arquitetura e aquelas referentes

à cidadania. Assim sendo, os projetos não só devem considerar a durabilidade dos materiais,

como também as condições mínimas de ampliação, resguardando o embrião e sua

estabilidade1, resultando em ruas do mesmo padrão do restante do espaço da cidade, pois o

tamanho dos lotes, compatíveis com os padrões praticados no mercado, propicia taxas de

ocupação baixas na origem das edificações.

A sustentabilidade é outro aspecto importante a ser considerado com relação à questão

da moradia e da construção de projetos habitacionais. O Portal Conpet (acesso em

10/07/2008), por exemplo, destaca a preocupação da indústria da construção civil – que possui

peso significativo na economia mundial – com o esgotamento dos recursos naturais não-renováveis, com o desperdício de materiais e a destinação final dos resíduos sólidos. Tal

preocupação é decorrente das discussões sobre a Agenda 21, durante a Conferência das

Nações Unidas para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento (UNCED/Rio-92) e do surgimento

1 lotes de 200 a 360m², dispostos em quadras regulares, com arruamentos realizados seguindo as

normas da municipalidade.


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9

do movimento denominado construção sustentável, com a proposta de repensar toda a cadeia

produtiva do setor.

Considerando que é grande o impacto provocado pela construção civil no meio

ambiente, na economia e no homem, a construção sustentável destaca o cuidado na extração

das matérias-primas, a minimização da liberação de materiais perigosos no meio ambiente, a

economia de energia e água, o aprimoramento das condições de segurança e de saúde dos

trabalhadores, e a qualidade e o custo das construções para os usuários finais (Portal Conpet –

acesso em 10/07/2008). Dentro desse contexto, a sustentabilidade ganhou importância no

ambiente das grandes construtoras interessadas em adquirir os chamados selos verdes

através de processos de certificação.

A maior preocupação com projetos sustentáveis, fomentados pela implementação de

leis, gerou diversas possibilidades e alternativas para novos projetos de edificações inclusive

voltados para população de baixa renda. Faz-se necessário, portanto, racionalizar as diversas

atividades envolvidas na construção de edificações buscando a melhoria nos processosconstrutivos e o aperfeiçoamento das características dos materiais, não apenas com a

finalidade de redução dos custos das construções, mas também com o atendimento de outros

aspectos relacionados à sustentabilidade conforme mencionado anteriormente. Dentre os

diversos materiais usados na construção de edificações, pode-se dizer que a tecnologia de

construção em aço no Brasil, com análises detalhadas visando reduzir custos e, por

conseguinte, o menor uso de matérias-primas, atende a esses anseios. O aço deixou de ser

utilizado apenas em construções industriais e comerciais para ser usado também no mercado

de construção residencial uni/multifamiliar.

I. 2 – O AÇO COM0 MATERIAL DE CONSTRUÇÃO DE MORADIAS

A escolha da tecnologia ou dos materiais de uma construção perpassa por vários

segmentos estratégicos para consolidação do todo da construção, principalmente em relação à

Habitação Social que constitui uma demanda significativa da maior parcela da sociedade.

O barateamento da construção civil é decisivo para a redução do déficit habitacional

brasileiro. Estima-se, segundo ARAÚJO e TEIXEIRA (2007), que oito milhões de famílias no

país não têm onde morar, sendo que 93% dessas pessoas possuem renda de até três saláriosmínimos, segundo Secretaria Nacional de Habitação.

Neste contexto se insere a construção estruturada em aço. Segundo a revista Téchne ,

número 54, as Siderúrgicas nacionais já oferecem modelos de casas e pequenos edifícios com

estrutura metálica para população de baixa renda. Um exemplo é a Usiminas que, através de

parceria com prefeituras e governos estaduais, impulsionou a venda de soluções para o setor

de construção civil. Os produtos da empresa já estão sendo utilizados em vários projetos


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habitacionais, entre os quais obras da Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano

do Estado de São Paulo (CDHU) dentre outras.

Os ganhos de qualidade e produtividade proporcionados pelas obras industrializadas

estão sendo reconhecidos pela CEF (Caixa Econômica Federal). Em maio de 2008, a

instituição lançou o trabalho técnico "Requisitos e Critérios Mínimos para Financiamento pela

Caixa de Edificações Habitacionais em Aço", voltado para as construções em aço

posteriormente fechadas com paredes de alvenaria, realizado em parceria com o IBS (Instituto

Brasileiro de Siderurgia), representando os produtores de estruturas metálicas, e o

Sinduscon/SP (Sindicato da Indústria da Construção Civil do Estado de São Paulo),

respondendo pelos usuários. Esse trabalho aborda os aspectos do aço, suas especificações e

dimensionamentos, sempre fazendo referência à utilização das normas existentes. Normas de

segurança estrutural e fogo também são citadas. Termos de garantia das construtoras e

fabricantes, por sua vez, são exigidos pela CEF no momento de solicitar o financiamento.

A liberação de recursos por parte da CEF provavelmente irá alavancar o consumo deaço no setor. Enquanto na maioria dos países, essa matéria-prima é responsável por mais de

50% das construções residenciais, no Brasil as usinas de aços planos têm participação de

menos de 1% neste mercado.

As vendas de aço no segmento da construção, que consome cerca de 32% do material

vendido no país, se resume a produtos longos, como os vergalhões, utilizados nas estruturas

de concreto. Empresas como Cosipa, Usiminas, CSN (Companhia Siderúrgica Nacional) e

Gerdau já possuem sistemas direcionados à habitação popular e devem se beneficiar com a

decisão da CEF.

O setor da construção civil vem despontando como um dos de maior potencial para o

aumento do consumo de aço. Esse potencial é vislumbrado pelo vice-presidente executivo da

ABCEM (Associação Brasileira da Construção Metálica) que cita a diferença de uso da

estrutura metálica entre o Brasil e a Inglaterra: enquanto no país apenas 4,5% dos edifícios

utiliza este método construtivo, na Inglaterra o número é de 68%.

No que se refere ao aço, as construtoras brasileiras estão indo buscar nos Estados

Unidos, país com tradição nesse mercado, conceitos e tecnologia para produção de casas em

série, com modelos que possuem estrutura em aço leve (light steel frame , em inglês) e

fechamento com painéis com o conceito de construção a seco. Algumas construtoras do Brasilestão incorporando às residências unifamiliares sistemas de construção industrializados, que

integram a maioria das etapas construtivas, desde a estrutura (Figura I. 3) em perfis leves de

aço galvanizado, até a cobertura.


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11

Figura I. 3 – Estrutura da casa montada (Fonte: www.revistaau.com.br)

Todas as peças metálicas da estrutura obedecem a um projeto de modulação e os

perfis já são fornecidos pela fábrica nas dimensões pré-definidas pelo projeto. A modulação

facilita a montagem e reduz o emprego de mão-de-obra. Segundo informação da ABCEM: “Em

uma obra convencional, 40% do investimento vai para o material e 60 % para a mão de obra”.O conceito presente neste sistema requer que todos os elementos construtivos como

paredes, janelas, armários, portas etc. obedeçam a uma linha de produção industrial e sejam

apenas instalados pelo operário.

Cada unidade é apoiada em um radier de concreto convencional, onde são feitas

marcações para a colocação dos perfis estruturais que por sua vez podem ser montados

previamente isolados ou já compostos, com as chapas de gesso acartonado, formando os

painéis. O aço das estruturas possui tensão de escoamento mínima de 228 MPa e apresenta

revestimento com zinco, que garante proteção contra corrosão, presente no aço de

especificação G60. No caso de áreas expostas à orla marítima, utiliza-se o aço G90, que

possui maior revestimento de zinco. A espessura das chapas que compõem os perfis é de 0,95

mm, adotada na maioria dos perfis, e de 1,25 mm, em perfis de reforço de portas e janelas e

em situações especiais, como, por exemplo, em relação a cargas concentradas. A largura dos

montantes e das guias estruturais varia entre 90, 140 e 200 mm, e o espaçamento entre os

perfis, de 40 a 60 cm, dependendo do pé-direito, como ilustrado na Figura I. 22. A fixação dos


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painéis ao radier é feita com o uso de pinos de 2 polegadas com fixação à pólvora. As paredes

internas são constituídas de painéis de chapas de gesso acartonado, os quais recebem miolo

de lã de vidro ou rocha. Dependendo da composição das chapas de gesso com a lã mineral, o

isolamento de sons aéreos pode chegar a 60 dB.

Figura I. 4 – Detalhamento do processo (TÉCHNE, 2002)

As placas são aparafusadas nos perfis e as suas junções recebem um

impermeabilizante. Outro fechamento empregado nas casas é a argamassa armada. Estaconsiste na cobertura dos perfis metálicos com uma tela de aço galvanizado fixada com

parafusos, que recebe um impermeabilizante de celulose de alta densidade, onde se aplica a

argamassa manualmente ou por jateamento, formando-se uma camada de 2 cm de espessura.

Esse processo consome muito tempo e causa sujeira na obra indo em direção oposta ao

conceito de rapidez e industrialização pretendido pelo sistema.

Após o fechamento da fachada, vem a etapa seguinte, chamada home wrap que

consiste na cobertura de toda a área externa das casas com uma manta impermeabilizante de

polietileno de alta densidade para garantir a estanqueidade das paredes. A umidade é o grande

problema gerado pela não impermeabilização da fachada, cuja conseqüência é o aparecimento

de marcações nas paredes. Com a manta colocada, inicia-se a aplicação do acabamento

externo, que também pode ser de siding vinílico ou cimentício, ou ainda, tijolo à vista. Os

sidings são fixados com parafusos e possuem vários tamanhos, cores e texturas. De

preferência, devem ser usados sidings de cores claras, em função do conforto térmico e da

durabilidade do PVC. O projeto estrutural das casas pode prever diferentes distribuições


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espaciais internas, inclusive a montagem de edificações de até três pavimentos. Nesse caso,

escadas metálicas podem ser incorporadas ao sistema mediante lajes estruturadas por vigas

de perfis metálicos, onde são apoiadas placas cimentícias ou de madeira, que podem receber

carpete, revestimento cerâmico, piso de madeira ou outro tipo de revestimento de piso. O

revestimento das paredes internas pode variar de acordo com a determinação do arquiteto ou

proprietário. Os acabamentos podem ser com tinta acrílica lisa ou texturizada, papel de parede,

peças de granito ou mármore, e azulejo nas áreas molhadas. A impermeabilização do piso-

parede das áreas molhadas pode ser resolvida com a aplicação de manta asfáltica de 3 a 5

mm ou manta auto-adesiva que possui uma tela na face superior, onde é espalhada a cola para

o assentamento do piso cerâmico. As chapas de gesso usadas nessa área são resistentes à

umidade e podem receber tinta antimofo. Em ambos os projetos das construtoras, as portas

importadas são completas, com batente, dobradiças e fechaduras. Os vãos das portas

recebem guarnições reguláveis, para possibilitar ajustes frente a irregularidades de paredes. As

guarnições das janelas podem ser feitas com os perfis metálicos dobrados também e asesquadrias são de PVC. A cobertura das casas é estruturada em tesouras metálicas que

recebem placas de cimento com fibrocelulose, onde se apóiam as telhas, que podem ser das

mais variadas, como telha de barro, metálica, ou ainda a telha asfáltica do tipo shingle (telha

plana).


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CAPÍTULO II

CASO ESTUDADO USITETO/POPMETAL

Neste capítulo é apresentado o projeto da Usiminas denominado USITETO que foi

utilizado como referência para a elaboração do projeto proposto neste trabalho, denominadoPOPMETAL.

A concepção estrutural dos projetos é o diferencial em relação a outras tecnologias, já

que a estrutura é fabricada em linha industrial e chega às obras prontas para montagem. A

montagem da estrutura consome em torno de duas horas, conforme a sequência mostrada da

figura II. 1. A planta baixa humanizada sem acréscimo do projeto USITETO é apresentada na

figura II. 2.

Figura II. 1 – Etapas da Montagem sem acréscimo – 42 m2 (Adaptado de USIMINAS, 2005)


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Figura II. 2 – Planta Baixa humanizada sem acréscimo (Adaptado de USIMINAS, 2005)

Na possibilidade de haver um acréscimo construtivo, este se dará sem grandes

prejuízos ao aspecto estético, conforme sequência apresentada na Figura II.3. Um possível

resultado dessa interferência é a Figura II.4:

Figura II. 3 – Etapas da montagem do Acréscimo – 63m 2 (Adaptado de USIMINAS,2005)


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Figura II. 4 – Planta Baixa humanizada com acréscimo– 63m2 (Adaptado de USIMINAS, 2005)

Após esta montagem, o telhado pode ser montado em pouco mais de uma hora, ficando

a construção completamente configurada e protegida após estas duas etapas. Em nenhuma

outra tecnologia este tipo de favorecimento ocorre, pois o grande problema das obras

horizontais é o fator climático, melhor dizendo, chuva.

As condições climáticas são responsáveis por grande parte dos atrasos, em virtude de

prejudicar o preparo e lançamento de argamassas de assentamento e concretagens, sem levar

em conta os danos, como organização do canteiro abrigo para os trabalhadores e controletecnológico dos materiais envolvidos.

O caso estudado é um projeto de arquitetura que atende às necessidades de uma

família normal de baixa renda em função de pesquisa em dados do IBGE (Instituto Brasileiro de

Geografia e Estatística), quanto ao quantitativo de pessoas e perfil de consumo.

O projeto também permite acompanhar o crescimento da família, pois a ideia e de tornar

estas construções em futuras habitações maiores e evoluindo de acordo com a evolução da

família que a ocupa. O empreendimento não deixa de lado as outras questões que também

fazem parte de um projeto como: infra-estrutura de lazer, saúde, educação, transporte, entre

outras necessidades básicas de um projeto grandioso de habitação. O projeto também leva emconta os impactos ambientais com a obra e a pós a entrega das chaves, com todo o complexo

habitacional funcionando no seu dia a dia.

Neste trabalho o foco principal se baseia na análise da estrutura metálica, pois ela

apresenta o maior impacto financeiro no conjunto construtivo. Naturalmente uma redução de

custos neste segmento proporciona diretamente desdobramentos financeiros favoráveis no


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custo final do empreendimento. Sem ressaltar outras qualidades decorrentes deste tipo de

tecnologia, tais como o tempo de montagem, a organização, a limpeza, o controle, o uso de

materiais 100% recicláveis. A seguir apresenta-se o projeto POPMETAL proposto neste

trabalho, que é baseado no projeto USITETO da Usiminas.

II. 1 – PROJETO POPMETAL

O projeto de arquitetura foi concebido para uma residência unifamiliar afastada das

divisas, composta de dois amplos quartos, um para o casal e outro para os filhos, sala, copa-

cozinha e banheiro com área de serviço externa, aproveitando ao máximo a parte interna e

enquadrando numa área similar ao projeto do USITETO, para em termos comparativos ser

possível a visibilidade da proposta.

O fechamento externo considerado em termos orçamentários, considerou o uso de

lajotas cerâmicas de 10x20x30, 10x20x20 e 10x20x10 para amarrações dos painéis. Estepoderia ser de qualquer outro material, pois não causaria incompatibilidade com estas outras

tecnologias, como bloco de concreto, gesso acartonado, painéis cimentícias, painéis de isopor,

painéis plásticos entre outros.

O projeto proposto, denominado POPMETAL, procurou não introduzir alterações

significativas no projeto original USITETO com o objetivo de permitir uma comparação direta

entre as duas propostas. Na figura II. 5, temos a arquitetura com sugestões de decoração do

projeto proposto:

Quarto

Quarto

Cozinha

WC

C i r c u l a ç ã o

Sala

9.86 m²

9.05 m

9.86 m²

5.80 m²

2.60 m²

P1

P1

P1

P2

1 .8 4 m²

P2

− 0,01cm

0,02cm

0,00cm

0,02cm 0,02cm

Figura II. 5 - Planta de Arquitetura Humanizada


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Neste projeto, também poderão ser desenvolvidas no canteiro de obras a viabilização

de outras tecnologias construtivas, tais como contra-piso zero, porta pronta, janela pronta, kit

hidráulica, kit elétrica, kit gás, prémoldar medidores, prémoldar urbanização do conglomerado,

aproveitamento da água da chuva, tratamento de esgotos, energia solar para aquecimento de

água, paginação de alvenarias para redução de perdas, separação dos rejeitos das

embalagens para posterior reciclagem, treinamento da mão de obra local, visando melhoria do

nível de emprego e especialização do trabalhador, primeiro emprego para jovens carentes da

região, e muitas outros benefícios que a construção industrializada pode e deve proporcionar.

Esta proposta tem uma abrangência sem precedentes, bastando apenas observar a

própria planta de arquitetura legal mostrada na Figura II.6, onde se observa que os

compartimentos não são cubículos como eram projetados no passado, eles possuem as

dimensões semelhantes a de projetos de apartamentos sofisticados de classe média, pois

independente da classe social há de se respeitar a legislação vigente.


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Figura II. 6 - Planta de Arquitetura Legal - áreas compatíveis.


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Este detalhe induz a um direcionamento de uma visão mais humanista e cidadã, da

população de baixa renda, na concepção dos novos projetos, deixando de lado a

estigmatização de projeto para se transformar em depósitos de pessoas em dimensões não

satisfatórias e não humanas. No passado a leitura de projeto popular era exatamente esta,

sobrepondo inclusive aos Códigos de Obras e as leis de parcelamento do solo e de

compartimentação dos ambientes, denotando um caráter de exclusão total dos direitos do

cidadão, pois se aprovavam construções totalmente incompatíveis com a legislação com

pretexto e bandeira da economia e passando a impressão de barateamento do custo final da

obra.


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CAPÍTULO III

ANÁLISE ESTRUTURAL SEGUNDO A NORMA NBR 8800

Neste capítulo são apresentados de forma sucinta, os padrões e critérios ditados pela

norma NBR 8800 (ABNT, 2008), destacando suas principais características, tipos decarregamentos e basicamente o dimensionamento do projeto USITETO. Esta norma

estabelece os requisitos básicos no projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço

e concreto de edificações.

III. 1 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A norma NBR 8800 (ABNT, 2008) considera o dimensionamento dos componentes de

uma estrutura através do método dos estados limites. O método exige que nenhum estado

limite aplicável seja excedido nos componentes de uma estrutura quando a mesma for

submetida a todas as combinações de ações possíveis.

A norma estabelece que a estrutura não mais atende aos objetivos para os quais foi

projetada, quando um ou mais estados limites foram excedidos. Os estados limites últimos

estão relacionados com a segurança da estrutura sujeita às combinações mais desfavoráveis

de ações previstas em toda a vida útil, enquanto que os estados limites de utilização estão

relacionados com o desempenho da estrutura sob condições normais de serviço.

A resistência de cálculo de cada componente ou conjunto da estrutura deve ser igual ou

superior à solicitação de cálculo. A resistência de cálculo, Nd, é calculada para cada estado

limite aplicável.

III. 2 – TIPOS DE CARREGAMENTOS

Os carregamentos a serem adotados no projeto das estruturas de aço e seus

componentes são considerados na análise através de ações estipuladas pela NBR 8800

(ABNT, 2008). Essas ações devem ser tomadas como nominais, devendo ser considerados os

seguintes tipos de ações nominais:

G: ações permanentes, incluindo peso próprio da estrutura e peso de todos os

elementos componentes da construção, tais como pisos, paredes permanentes, revestimentos

e acabamentos, instalações e equipamentos fixos, etc;

Q: ações variáveis, incluindo as sobrecargas decorrentes do uso e ocupação da

edificação, equipamentos, divisórias, móveis, sobrecargas em coberturas, pressão hidrostática,

empuxo de terra, vento, variação de temperatura, etc;


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No presente projeto, as cargas permanentes atuantes são representadas pelo peso

próprio da estrutura de aço, das paredes, das telhas e as cargas variáveis são representadas

pelo vento e efeitos da sobrecarga.

As telhas usadas no projeto são telhas cerâmicas do tipo portuguesa, cujo consumo é

de 16 peças por m² e a sua massa é de 2,4 kg cada. O espaçamento desse tipo de telha é de

33 cm, logo a massa pela unidade de área do telhamento é de 38,4 Kg/m² que equivale a um

peso por unidade de área de 0,376 kN/m².

Segundo BELLEI (2004), em geral, em edifícios de porte pequeno e médio, fora de

zonas de acúmulo de poeira, adota-se, para sobrecarga na cobertura, 15 kgf/m² (0,147 kN/m²),

para levar em conta fatores como chuvas etc.

Em relação à carga de vento, o item B-4 do anexo B da NBR 8800 (ABNT, 2008)

estabelece que:

“Estruturas de edifícios cuja altura não ultrapassa cinco vezes a menor

dimensão horizontal (estrutural) nem 50 metros, podem na maioria dos

casos, ser consideradas rígidas, podendo-se supor que o vento é uma

ação estática. Nos demais casos e nos casos de dúvida, a estrutura será

considerada flexível, devendo ser considerados os efeitos dinâmicos do

vento”.

No caso estudado, a altura da casa é de 4,04 m, que é muito inferior a cinco vezes a

menor dimensão horizontal (5 x 7,00 = 35,00m) ou 50 m. Logo, não são consideradas as

cargas dinâmicas devidas ao vento no dimensionamento. No entanto, as ações estáticas dovento, são consideradas normalmente. As considerações para determinação das forças

devidas ao vento foram calculadas de acordo com a norma NBR 6123/1988 intitulada “Forças

devidas ao vento em edificações ” (ABNT, 1988). Define-se o termo barlavento com sendo a

região de onde sopra o vento (em relação à Edificação), e sotavento, a região oposta àquela de

onde sopra o vento, conforme figura III. 1. Quando o vento sopra sobre uma superfície existe

uma sobrepressão (sinal positivo), porém em alguns casos pode acontecer o contrário, ou seja,

existir sucção (sinal negativo) sobre a superfície. O vento de um modo geral atua

perpendicularmente à superfície que obstrui sua passagem.


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Figura III. 1 - Vento nas Edificações (Fonte: o autor)

Os cálculos são determinados a partir de velocidades básicas determinadas

experimentalmente em torres de medição de ventos, e de acordo com a NBR6123 (ABNT,

1988) a 10 metros de altura, em campo aberto e plano. Segundo a norma, a velocidade básicado vento, V k , é dada por uma rajada de três segundos de duração, que ultrapassa em média

esse valor uma vez em 50 anos, e se define pela eq. (3.1):

V k = V 0 S 1 S 2 S 3 (3.1)

onde V 0, pode ser obtido da norma, pela análise das isopletas, como mostra a figura III.2 de

velocidade básica, e S 1, S 2, S 3 são , respectivamente, fator topográfico, rugosidade do terreno

e fator estatístico da edificação obtidos em tabelas da norma.

As velocidades foram processadas estatisticamente, com base nos valores de

velocidades máximas anuais medidas em cerca de 49 cidades brasileiras. A NBR 6123 (ABNT,

1988) despreza velocidades inferiores a 30 m/s e considera que o vento pode atuar em

qualquer direção e no sentido horizontal. A figura III.2 apresenta as isopletas da velocidade

básica definidas na NBR 6123 (ABNT, 1988).

A análise desenvolvida considera que a construção será erguida no município do Rio de

Janeiro. Como o estado do Rio de Janeiro, está entre as isopletas de 30 m/s e 35 m/s, como

mostra a figura III. 2 nas análises desenvolvidas neste trabalho considera-se V 0 de

aproximadamente 33m/s e os seguintes valores S 1 = 1,0, S 2 = 0,859 e S 3 = 1,0. Assim, o valorde V k adotado é igual a 28,347 m/s .


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Figura III. 2 - Isopletas da Velocidade Básica V0 segundo a NBR 6123 (ABNT, 1988)

A força devido ao vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da

edificação em estudo (coeficientes aerodinâmicos). A NBR 6123 (ABNT, 1988) permite calcular

as forças a partir de coeficientes de pressão ou coeficientes de forma. Os coeficientes de formatêm valores definidos para diferentes tipos de construção, que foram obtidos através de

estudos experimentais em túneis de vento.

Assim, a força total devida ao vento pode ser expressa como:

F = (C pe - C pi) q A (3.2)

onde q = 0,613 x (V k )² = 0,493 kN/m² e A é a área do painel de parede na qual o vento incide.

Para a casa considerada neste estudo as áreas são as seguintes: no vento de frente 19,60 m²e 16,80m² no vento incidente na lateral. C pe e C pi são os coeficientes de pressão interno e

externo, respectivamente e dependem da geometria e das dimensões do elemento estrutural.

Os valores de C pe e C pi utilizados estão listados na próxima seção que trata do

dimensionamento dos elementos estruturais da casa.


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No caso dos coeficientes de majoração e de combinação dos esforços atuantes, a

norma brasileira NBR 8800 (ABNT, 2008) adota uma formulação compatível com as normas

nacionais e internacionais de segurança das estruturas.

A Norma Brasileira NBR 8681 (ABNT, 2008), intitulada Ações e Segurança nas

Estruturas, fixa os critérios de segurança das estruturas e de quantificação das ações e das

resistências a serem adotados nos projetos de estruturas constituídas de quaisquer dos

materiais usuais na construção civil. Obtém-se então para combinações normais e aquelas

referentes a situações provisórias de construção. Após o desenvolvimento de uma análise

baseada na norma, onde foram consideradas diversas combinações de carregamentos e

avaliações dos dados das tabelas a respeito do coeficiente de segurança de solicitações no

Estado Limite de Projeto, foram adotadas as seguintes cargas e os seguintes esforços críticos

para os cálculos realizados:

CARGAS

P telhas = 0,658 kN/m

P ripas = 0,222 kN/m

P caibros = 0,135 kN/m

SC = 0,257 kN/m

CP = Ptelhas + Pripas + Pcaibros = 1,015 kN/m

MOMENTOS CRÍTICOS (Md)

Caibros..........................6,20 kN.m

Pilares...........................4,48 kN.m

ESFORÇOS NORMAIS CRÍTICOS (Nd)

Caibros...........................-3,43 kN (compressão) e 6,51 kN (tração)

Pilares...........................-13,18 kN (compressão) e zero (tração)

RESUMO DAS VIGAS DE APOIO

Nd = 0 e Md = 5,52 kN.m

onde P telhas , P ripas e P caibros representam, respectivamente, os pesos das telhas, ripas e caibros

por unidade de comprimento. SC representa a sobrecarga por unidade de comprimento.


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III. 3 DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL COM DETALHAMENTO

III. 3.1 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS

Sob o ponto de vista estrutural são elementos lineares alongados, denominados hastes

ou barras. Hastes formam elementos alongados cujas dimensões transversais são pequenas

em relação ao comprimento.

As terças são vigas longitudinais dispostas nos planos da cobertura destinadas a

transferir à viga de cobertura as cargas atuantes naqueles planos, tais como peso do

telhamento e sobrepressões e sucções devidas à ação do vento.

As cargas de vento produzem flexão simples nas terças, enquanto as cargas de

gravidade produzem flexão oblíqua. As terças têm como função principal de servir de apoio às

telhas da cobertura. Bem como servir de elemento estabilizador da estrutura.

Seu espaçamento depende das cargas que atuam na cobertura e do vão limite do tipo

de telha adotado. As cargas atuantes nestes elementos são o peso das telhas, o peso própriodas terças e ainda os elementos de fixação. São submetidas às cargas acidentais e as cargas

de vento.

Os esforços resultantes são transferidos para vigas componentes de pórticos que

devido a seus vãos podem apresentar problemas de estabilidade lateral principalmente na

direção de menor inércia do elemento.

Podem ser usados perfis laminados ou conformados a frio de seção simples.

Pré-dimensionamento:

O perfil escolhido segundo a norma deve ter sua altura compreendida na faixa de 55

mm < d < 77 mm, foi escolhido o perfil C 90 x 25 x 2.0, pois por tentativa verificou-se que os

perfis de altura menor, não passavam no dimensionamento.

As terças estão distribuídas a uma distancia de 33 cm uma da outra, pois a galga da

telha utilizada é de 33 cm. Foi utilizado um total de 24 terças.

Por economia, foi adotado o perfil C de chapa dobrada, pois é o mais leve encontrado

próximo a faixa de altura estipulada pelo pré-dimensionamento.

É indicado o dimensionamento usual pelo método das tensões admissíveis:

• 1º Verificação: Resistência a Flexão

O modulo elástico de resistência segundo eixo y 0,6. Fy é a tensão admissível à flexão igual a60% da tensão de escoamento do aço.

• 2º Verificação: Flecha máxima deve ser inferior ao limite de esbeltez, considera-se

ainda que as fixações das telhas sobre as terças evitarão problemas de flambagem

lateral e torção.

As terças estão posicionadas na cobertura de tal forma que a parte aberta da seção

fique voltada para o lado da cumeeira. Esta posição gera maior estabilidade porque as cargas


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verticais, nesse caso, se aproximam do centro de cisalhamento do perfil. As tensões máximas

ocorrem na seção central. As cargas atuantes nas terças serão:

• Peso das telhas (P)

Peso das telhas: 38,4 kg/m² = 0,376 kN/m²

Onde: 0,33 = distância entre as terças

• Peso estimado para terças (Pterças = 0,127 kN/m² P= 0,127 x 0,33 = 0,042 kN/m

Carga Permanente Total (CP)

CP = Ptelhas + Pterças = 0,124 + 0,042 = 0,166 kN/m terças

• Sobrecarga (SC)

SC = 15 kgf/m² = 0,147 kN/m²

SC = 0,147 x 0,33 = 0,048 kN/m

• Vento (V):

Coeficiente de Pressão máximo no telhado (Cpe): -1,26 (TABELA) Pressão dinâmica do vento =

0,489 kN/mV = -1,26 x 0,489 = - 0,616 kN/m²

V = 0,616 x 0,33 = 0,203 kN/m2

• 1º Combinação: Peso Próprio e Sobrecarga

C= 1,3.CP + 1,5.SC

III. 3.1.1 ESFORÇOS NAS TERÇAS

Cálculo do Momento fletor máximo da viga:

1. Calculo do momento fletor na terça Mx:

l = menor vão a que a terça está sujeita em metros 3,50 m.

Mx1= qx . l² / 8 = 0,423 kN.m

2. Cálculo do Momento fletor da terça L= 1,75 m.

My1= qy.l² / 8 = 0,038 kN.m

• 2º Combinação: Peso Próprio e Vento= 0,9.CP C2= 0,9 . 0,166 = 0,149 kN/m

Cálculo do Momento fletor Máximo da terça Mx: l = maior vão a que a terça está sujeita em

metros = 3,50 m.

Cálculo do Momento fletor Máximo da terça My:• 1º Verificação (Para a hipótese mais critica):

A hipótese mais crítica foi a que considerou o peso próprio e a sobrecarga.

Mx= 51,1 kN.cm

• 2º Verificação (Para a hipótese mais critica):

l = 350 cm


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E = 20500 kN/cm²

qsc= sobrecarga na terça = 1,3.SC. cosß

O total de Terças utilizado foi de 24 terças C de chapa dobrada 90x25x2,5x2,00kg/m

com comprimento total de 7,94m

III. 3.2 DIMENSIONAMENTO DA CUMEEIRA

A cumeeira está também sujeita a solicitações de flexão simples ou dupla, mas recebe

aproximadamente o dobro da carga, logo não precisa ser dimensionado, pois foi considerado o

pórtico central como referencial pra todos outros pórticos, em virtude disto será utilizado o

dobro do perfil calculado anteriormente.

III. 3.3 DIMENSIONAMENTO DAS TESOURAS

As tesouras têm como função principal servir de apoio às terças. Uma vez que também

se encontra submetido a esforços de flexão. Para as tesouras foram usados os mesmos

critérios de pré-dimensionamento e de dimensionamento das terças.

Foram utilizadas 5 tesouras, (figura ) espaçadas 1,75 m uma da outra.

A altura das tesouras deve estar compreendida dentro da seguinte faixa: L / 70 < d < L / 50

onde L = 4,04 m , assim foi escolhido o perfil C 100 x 60 x 25 x 2,0 pois é o perfil mais

leve, com altura próxima a faixa estipulada pelo pré-dimensionamento.

Cargas Atuantes nas tesouras e nas colunas:

Peso Próprio

Tesouras e colunas - Carga de Peso PróprioOnde:

0,3 = peso no topo da coluna menor valor assumido 0,6 = peso no topo da coluna maior

valor assumido 1,68 = carga distribuída nas tesouras, tendo como valor assumido 1,68 kN/m

poderia estar de acordo com o perfil pré-dimensionado para as tesouras, mas por segurança,

foi adotado um valor maior.

São considerados carga permanente apenas o peso próprio de telhas, terças, tesouras

e o peso próprio das colunas, no topo destas. As cargas variáveis a serem consideradas são o

vento e a sobrecarga que corresponde ao coeficiente utilizado para cargas permanentes depequena variabilidade. São consideradas cargas permanentes de pequena variabilidade os

pesos próprios de elementos metálicos e pré-fabricados, com controle rigoroso de peso.

O coeficiente de ponderação utilizado para a sobrecarga é 1,5, pois a sobrecarga inclui-

se dentro de: Ações do uso. São consideradas ações decorrentes do uso de edificação

sobrecargas em pisos e cobertura.


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O coeficiente de ponderação utilizado para o vento é 1,4, pois este se inclui dentro da

categoria: demais ações variáveis. Os fatores de combinação utilizados foram Ψ = 1 para

sobrecarga e igual a 0,6 para vento. As combinações são Normais, pois não se trata de cargas

durante a construção apenas, ou de cargas excepcionais, então as combinações feitas foram:

1. 1,3PP + 1,5SC

2. 1,3PP + 1,4V

3. 1,0PP + 1,4V1

4. 1,3PP + 1,4V2

5. 1,0PP + 1,4V3

6. 1,3PP + 1,5SC +0,84V4

7. 1,3PP + 1,5SC +0,84V1

8. 1,3PP + 1,5SC +0,84V2

9. 1,3PP + 1,5SC +0,84V3

10. 1,3PP + 1,4V1 +1,5SC

11. 1,3PP + 1,4V2 + 1,5SC

12. 1,3PP + 1,4V3 + 1,5SC

13. 1,3PP + 1,4V4 + 1,5SC

Onde: PP = peso próprio

SC = sobrecarga

V1 vento 90°/ cpi 0,20

V2 vento 90°/ cpi -0,30

V3 vento 0°/ cpi 0,20

V4 vento 0°/ cpi -0,30

As cargas de vento produzem flexão simples nas terças, enquanto as cargas de

gravidade (peso próprio e sobrecarga) produzem flexão e compressão.

Esforços na tesoura

Cargas Atuantes: P = 0,376 kN/m

Telhas 0,376 . 1,75 = 0,658 kN/m

Pterças= 0,127 kN/m²

0,127. 1,75 = 0,222 kN/m


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P= 0,09 kN/m + 0,09/2 = 0,135 (valor assumido) SC = SC = 0,147 kN/m

Tesouras 0,147 . 1,75 = 0,257 kN/m

CP (Carga Permanente) = Ptelhas + Pterças + Ptesouras, logo:

CP = 0,658 + 0,222 + 0,135 = 1,015 kN/m

a) Dimensionamento das tesouras à compressão

Ao contrário do esforço de tração que tende a retificar as peças reduzindo o efeito de

curvaturas iniciais existentes, o esforço de compressão tende a acentuar este efeito. Os

deslocamentos laterais produzidos compõem o processo conhecido por flambagem por flexão,

que em geral reduz a capacidade de carga da peça em relação ao caso da peça tracionada.

Solicitações de Cálculo:

Nd = -3,43 kN

Aço A570 Fy = 22,555 kNLogo, a alma é uma placa enrijecida sem possibilidades de flambagem local Qa = 1.

O flange é uma placa não-enrijecida sem possibilidades de flambagem local Qs = 1.

1=⋅= sa QQQ (3.3)

Q = 1, para seções cujos elementos têm relações b/t iguais ou inferiores aos limites da

norma.

Esbeltez no sentido X e Y

Considerando a tesoura bi-rotulado, tem-se que o comprimento de flambagem é o

mesmo que o comprimento real da peça.

Kx = 1,0

Ky = 1,0

I = 415 cm (maior vão da tesoura).

O índice de esbeltez Kl/r, para barras comprimidas, não pode ser superior a 200.

Esbeltez no sentido x:

Esbeltez no sentido y:

Parâmetros de esbeltez para barras comprimidas:

Curva = c (NBR 8800, tabelas nos 3 e 4, páginas 21 e 24).


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Resistência Nominal à Compressão

A resistência de cálculo de barras axialmente comprimidas sujeitas a compressão é

dada por

b) Dimensionamento da tesoura à Flexão:

1. Verificação da Flambagem local da alma

Classe 1 – Seção super-compacta.

Cálculo da resistência a flexão Mn:

2. Verificação da Flambagem local da mesa:

Classe 2 – Seção compacta.

Total de Tesouras: 5 tesouras 100 x 60 x 25 x 5,0 com comprimento de 7,94 m (47cm de beiral)

III. 4 COLUNAS

São elementos estruturais cuja finalidade é levar às fundações as cargas originais das

outras partes. Basicamente, cada coluna é composta de três partes principais: fuste, que é o

elemento portante básico da coluna; ponto de ligação, que serve de apoio para as outras partes

da estrutura e a base, que tem por finalidade distribuir as cargas nas fundações, além de fixá-

la. Com relação à fixação das bases, as colunas podem ser em rotuladas e engastadas.

Fez-se opção por bases engastadas, por propiciarem estruturas mais leves.

As colunas podem estar sujeitas a esforços de compressão com flexão; tração com

flexão (caso de pendurais e o caso de algumas colunas, quando solicitadas a peso próprio

mais vento). Nas colunas sujeitas a cargas de compressão, podemos dividi-las em compressão

centrada, em que as cargas estão aplicadas diretamente no centróide da seção da coluna oude forma simétrica em relação ao eixo do fuste e compressão excêntrica, em que as cargas

estão aplicadas descentradas em relação ao centróide da seção.

Colunas Submetidas à compressão

O tipo de fuste da coluna de alma cheia e altura constante é formado por um ou vários

perfis laminados ou de chapa dobrada, ligados por solda ou parafusos.

III. 4.1 PRÉ-DIMENSIONAMENTO

A altura dos perfis das colunas deve estar compreendida dentro da seguinte faixa:

L/30 < d < L/20, onde L = 4,04Dimensionamento das Colunas à Compressão:


Md = - 3,5 kN.m

Nd = - 13,18 kN

Aço A570 Fy = 22.555 kN/cm²


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Cálculo da Resistência a Compressão Nn:

1. Esbeltez a compressão dos elementos da Coluna escolhida Alma:

A alma é compacta se:

Logo, a alma é uma placa enrijecida sem possibilidades de flambagem local Qa = 1.

O flange é uma placa não enrijecida sem possibilidades de flambagem local Qs = 1.Q = Qa . Qs = 1

2. Esbeltez no sentido X e Y:

Kx = 1,0

Ky = 1,0

I = 404 cm

Aplicando o teorema de translação dos eixos obtemos os valores dos momentos

principais de inércia do perfil composto, assim a flambagem se dará em torno do eixo y, pois foi

verificado que nessa direção há o menor momento de inércia e conseqüentemente o menor

raio de giração:

Parâmetros de esbeltez para barras comprimidas:

Curva = b NBR 8800/2008, tabelas nos 3 e 4, páginas 21 e 23.

Resistência Nominal a Compressão:

Dimensionamento das Colunas à Flexão

1. Verificação da Flambagem Local da Alma:


Resistência nominal à flexão:

2. Verificação da Flambagem local da mesa:


Resistência nominal à flexão:

4.4.1- Bases de Coluna e Chumbadores

Os objetivos da colocação de bases em colunas são:

1. Distribuir a pressão concentrada do fuste da coluna sobre uma determinada área da

fundação;

2. Garantir a fixação da extremidade inferior do fuste da coluna na fundação, de acordo com o

esquema estrutural adotado.

A base escolhida foi a engastada. As bases engastadas propiciam estruturas mais

econômicas, mas têm as fundações mais caras que as rotuladas. Sua finalidade é engastar os

pilares às fundações por meio de uma série de artifícios, tornando-as o mais real possível com


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relação ao esquema estrutural adotado. São dimensionadas para resistir a cargas verticais,

horizontais e aos momentos de engastamento. Para pequenas excentricidades de carga, as

tensões de compressão se estendem por toda a superfície de contato, bastando adotar

ancoragens construtivas. A resultante de tração é absorvida pelos chumbadores.

As placas de base devem ser soldadas em oficina, antes de ser levadas para a obra,

para garantir que seja feita uma solda de boa qualidade. Serão dimensionadas apenas as

bases das colunas de 4,04 m de comprimento, por serem as maiores.

Foi admitido inicialmente chapa de 40 x 40 cm.

Cálculo da placa de base:

Assumindo:

Fck = 2,0 kN/cm²

Anec = 0,57 cm²

Aplaca = 40 x 40 cm = 1600 cmAplaca > Anec

Anec = área necessária da placa,

Cvertical = carga vertical na base da coluna = 0,4 kN 10 kg/m * 4,09 m 40,9 kg 0,4 kN

Cvertical

Cálculo dos Chumbadores:

Aço – A36

d = ½” = 12,7 mm

Fy = 250 Mpa = 25 kN/cm

Fu = 400 Mpa = 40 kN/cm

Resistência de cálculo na seção bruta:

0,9 * 1,27 * 25 = 28,575 kN

Resistência de cálculo da seção rosqueada:

Md = 3,54 kN.cm do concreto

L = 30 cm

Rd = 0,177 kN

Para cada chumbador:O comprimento dos chumbadores é função de sua aderência ao concreto.

Verificação do esmagamento da chapa de base pela coluna: A chapa utilizada é de espessura

3/8” em aço A570.


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III. 4.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS

Para receber as cargas de cobertura (telhas, chuvas, poeiras e sobrecargas em geral) e

transmiti-las às colunas, são empregadas vigas que ao mesmo tempo servem para dar

estabilidade às estruturas, que podem ser em alma cheia ou vazada ou em tesouras e treliças.

Nesse projeto foram utilizadas vigas em alma cheia.

a. Cargas atuantes nas Vigas

São as seguintes cargas atuantes nos pórticos:

• Peso das telhas

• Sobrecarga

• Peso de terças e tesouras

• Peso próprio estimado da viga

• Peso no topo da coluna

Esquema de Calculo para as vigas:Foi feito o esquema de cálculo apenas para o pórtico central, pois se deseja utilizar um

único tipo de perfil para as vigas de ambos os pórticos, e por isso será utilizado o valor mais

critico, que no caso é o da viga do pórtico central.

Esforços Críticos

Esforços Normais Críticos:

Nas Vigas: Nd = 0

Momentos Críticos:

Nas Vigas: Md = 5,52 kN.m

A resistência à flexão das vigas pode ser afetada pela flambagem local e pela

flambagem lateral. A flambagem local é a perda de estabilidade das chapas comprimidas

componentes do perfil, a qual reduz o momento resistente da seção.


Md = 552 kN.m

Nd = 0 kNAço A 570

Fy = 22.555

Cálculo da esbeltez Segundo X e Y:

Será considerado Kx = Ky = 1

Esbeltez no sentido X:

Esbeltez no eixo Y:


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1. Verificação da Flambagem local da alma:

Classe 1 – Seção super-compacta

2. Verificação de Flambagem local da mesa:

Classe 3 – Não-compacta

Na flambagem lateral, a viga perde seu equilíbrio no plano principal de flexão e passa a

apresentar deslocamentos laterais e rotações de torção.

As vigas sem contenção lateral contínua podem ser divididas em três categorias, dependendo

da distância entre os pontos de apoio lateral: vigas curtas, vigas longas e vigas intermediárias.

Condições para se ter viga intermediária:

Vigas intermediárias apresentam ruptura por flambagem lateral inelástica, a qual é muito

influenciada por imperfeições geométricas da peça e pelas tensões residuais embutidas

durante o processo de fabricação da viga.

III. 5 LIGAÇÕES

As ligações das partes da estrutura (ligações internas), ou dela com partes externas,

como, por exemplo, as fundações, são utilizadas de forma a transmitir as cargas atuantes às

peças e restringir as deformações na estrutura a limites admissíveis. São classificadas em

ligações permanentes ou desmontáveis. As ligações permanentes são executadas com rebites

e solda, as removíveis, com parafusos e pinos. As mais utilizadas são as ligações soldadas e

aparafusadas, pois os rebites estão em desuso e os pinos são restritos a casos especiais.

Cuidado especial deve ser tomado com construções em que as ligações dos elementos

estruturais na montagem são feitas através de solda, pois isto gera problemas insolúveis,

como: falta de prumos, falta de alinhamento e falta de garantia na qualidade da própria solda.


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III. 5.1 MEIOS DE LIGAÇÃO

III. 5.1.1 PARAFUSOS E ARRUELAS

III. 5.1.1.1 PARAFUSOS

De acordo com a NBR 8800, os elementos de ligação e os meios de ligação deverão

ser dimensionados de forma que as suas resistências de cálculo, correspondentes aos estados

limites em consideração, sejam maiores que as solicitações de cálculo.

As resistências de cálculo, de modo geral, são calculadas como uma porcentagem

especificada da resistência dos elementos ou meios de ligação a um determinado efeito (o

estado limite).

As solicitações de cálculo, em consideração a esse mesmo estado limite, são

calculadas através da análise da ligação sujeita às ações multiplicadas pelos coeficientes de

ponderação.

Vale dizer que a solicitação de cálculo à tração no parafuso (considerando oscoeficientes de ponderação) não deverá nunca exceder a esse valor.

Nas ligações a serem montadas no campo, utilizam-se preferencialmente os parafusos

à solda. A NBR 8800 (ABNT,2008), item 7.1.10 indica as ligações onde devem ser usados

solda ou parafuso de alta resistência e aquelas em que podem ser feitas com parafusos

comuns ASTM A-307 ou isso 4.6. As ligações feitas nesse projeto encaixam-se nos casos que

utilizam parafusos comuns.

Os parafusos comuns ASTM A307 são parafusos feitos de aço, sendo o tipo de mais

baixo custo. Entretanto, podem produzir conexões que não sejam as mais econômicas, devido

a sua baixa resistência. São empregados em estruturas leves, membros secundários,

plataformas, passadiços, terças, vigas de tapamento, pequenas treliças etc., em que as cargas

são de pequena intensidade e de natureza estática. Como se trata de um galpão pequeno será

utilizado apenas parafusos comuns.

Nos parafusos comuns, os esforços de tração são transmitidos diretamente através de

tração no corpo do parafuso e os esforços de cisalhamento são transmitidos por cisalhamento

do corpo do parafuso e o contato de sua superfície lateral com a face do furo, devido ao

deslizamento entre as chapas ligadas e além da resistência dos parafusos, deverão ser

verificados também o esmagamento do furo, o rasgamento entre os furos e entre o furo e aborda da chapa como apresentado na figura 68; tratando-se de estados limites últimos, todas

as verificações deverão ser feitas para as solicitações de cálculo, que são aquelas afetadas do

coeficiente de ponderação das ações.


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III. 5.1.1.2 ARRUELAS

A NBR 8800 (ABNT, 2008) especifica o uso de arruelas quando:

1- Partes parafusadas

Devem ser usadas arruelas biseladas endurecidas para compensar a falta de

paralelismo, quando uma das faces externas das partes parafusadas tiver mais de 1:20 de

inclinação em relação ao plano normal do eixo do parafuso. As partes parafusadas da estrutura

não podem ser separadas por nenhum material que não seja aço estrutural, devendo ficar

totalmente em contato quando montadas. Os furos podem ser puncionados, subpuncionados e

alargados, ou broqueados.

2- Arruelas

Deverão ser usadas arruelas endurecidas nas seguintes situações: Sob o elemento que

gira (porca ou cabeça de parafuso) durante o aperto, no caso de parafusos A490 apertados

pelo método da rotação da porca e no caso de parafusos A325 ou A490 apertados com chave

calibrada (isto é, por controle de torque);Sob o elemento que não gira durante o aperto, no caso de parafusos A490, quando

esse elemento assenta sobre um aço estrutural com limite de escoamento inferior a 280 Mpa.

Serão utilizadas arruelas, pois elas conferem maior superfície de contato da porca com o

parafuso, dando maior segurança a ligação.

III. 5.2 PRINCIPAIS LIGAÇÕES

III. 5.2.1 LIGAÇÃO VIGA-TESOURA

Na cumeeira, as tesouras são ligadas uma a outra, mas não ligadas à viga central,

estas são ligadas às vigas laterais.

A chapa é dimensionada no sentido da força, logo a chapa no sentido da tesoura é

analisada por ser a mais crítica, pois Nd na viga = 0; já a tesoura Nd = -3,43 kN (compressão)

e 6,51 (tração).

Será analisada a parte da chapa de ligação no sentido da Força. Serão utilizados

parafusos comuns ASTM A307. Adota-se inicialmente um diâmetro nominal de 12,5 mm ( ½”).

Para o dimensionamento de ligações parafusadas precisamos determinar a menor

resistência entre:a peça (na região com, e sem, furos).

A pressão de contato nos furos (esmagamento e rasgamento) Tração na chapa deligação.

Os conectores são instalados em furos nas chapas. A execução desses furos é onerosa,

tornando-se necessária a padronização de dimensões e espaçamentos, a fim de permitir a

furações múltiplas nas fabricas.


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Os furos padronizados para parafusos comuns deverão ter uma folga de 1,5 mm em

relação ao diâmetro nominal do parafuso; essa tolerância é necessária para permitir a

montagem das peças.

O esforço resistente de calculo a tração será o menor dentre os encontrados nos

seguintes casos:

III. 5.2.1.1 RESISTÊNCIA DO PARAFUSO AO CISALHAMENTO

Ae = 0,7 . Área do Parafuso.

Essa equação admite a situação mais desfavorável de plano de corte passando pela

rosca, considerando a área da seção efetivada da rosca igual a 0,7 da área da seção do fuste;

para cada parafuso Rdv = Número de parafusos x R= 2 . 22,08 = 44,16 kN/cm

A espessura da chapa será admitida inicialmente de 1,5 cm. Pois o processo maiseconômico de furar é o puncionamento no diâmetro definitivo, o que pode ser feito para

espessura t de chapa ate o diâmetro nominal do conector mais 3mm.

Ab = 1,905 cm²

Rn = 3 . 1,905 . 41,5 = 237,17 kN

F . Rn = 0,6 . 237,17 = 142,3 kN

Já esta definida a espessura da chapa: 1,5 cm.

III. 5.2.1.2 RASGAMENTO

un F t a R ⋅⋅= (3.4),

onde a é o diâmetro do parafuso, t é a espessura da chapa e F u é a tensão de ruptura.

O valor mínimo de a deve ser de d + 6mm para d = 19mm, para bordos laminados ou

cortados com maçarico.

Foi assumido a = 20 mm.

R n = 2 . 1,5 . 41,5 = 124,5 kN

0,6 . R n = 74,7 kN


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A norma AISC permite utilizar estes valores de resistência à pressão de apoio

juntamente com regras geométricas que garantem a resistência a rasgamento:

Mínimo de dois conectores na direção da força Distância do centro do furo extremo à borda a =

1,5 d . Distancia entre centros de furos s = 3d

A chapa inicialmente assumida passou no dimensionamento de pressão de contato em

furos, respeitando os critérios acima.

III. 5.2.1.3 TRAÇÃO NA CHAPA

As chapas de ligação sujeitas a cisalhamento são dimensionadas com base nas

resistências ao escoamento da seção bruta; as resistências obtidas foram comparadas a

solicitação:

Nd = -13,18 kN < 44,16 kN

Nd = -13,18 kN < 142,3 kNNd = -13,18 kN < 74,7 kN

Nd = -13,18 kN < 189 kN

Nd = -13,18 kN < 243,59 kN

Logo, a ligação passa em todos os cálculos.

III. 5.2.2 LIGAÇÃO TESOURA-TESOURA

Solicitações de Cálculo: Nd =6,51 kN

Características do parafuso:

ASTM A307 Fu= 41,5 KN/cm

d = 1,27 cm

Ag = 1,27 cm

= d + 0,35 cm = 1,62 cm

As terças são fixadas sobre as tesouras usando sistema de parafusos gancho.


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III. 5.2.3 LIGAÇÃO VIGA-COLUNA

Esforço Solicitante de Projeto: Nd = -13,18 kN.

Será analisada a parte da chapa de ligação no sentido da Força.

Serão utilizados parafusos comuns ASTM A307. Adota-se inicialmente um diâmetro

nominal de 12,5 mm e os conectores são instalados em furos nas chapas. A execução dessesfuros é onerosa, tornando-se necessária a padronização de dimensões e espaçamentos, a fim

de permitir a furações múltiplas nas fabricas.

Os furos padronizados para parafusos comuns deverão ter uma folga de 1,5 mm em

relação ao diâmetro nominal do parafuso; essa tolerância é necessária para permitir a

montagem das peças.

O esforço resistente de calculo a tração será o menor dentre os encontrados nos

seguintes casos:

III. 5.2.3.1 RESISTÊNCIA DO PARAFUSO AO CISALHAMENTO

A resistência de calculo de conectores a corte é dada por F , onde:

F= 0,60 (para parafusos comuns)

III. 5.2.3.2 DIMENSIONAMENTO DA PRESSÃO DE CONTATO EM FUROS

Apoio:

Resistência de Contato = F

ubn F Aa R ⋅⋅= (3.5)

Onde:

a = 3

Ab = t . d

Onde:

t = espessura da chapa de ligação

d = diâmetro do parafuso


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O diâmetro do parafuso já foi definido como ½”.

A espessura da chapa será admitida inicialmente como 1,5 cm, pois o processo mais

econômico de furar é o puncionamento no diâmetro definitivo, o que pode ser feito para

espessura t de chapa ate o diâmetro nominal do conector mais 3mm.

Ab = 1,905 cm²

R n = 3 . 1,905 . 41,5 = 237,17 kN

F . R n = 0,6 . 237,17 = 142,3 kN

Já esta definida a espessura da chapa: 1,5 cm. Logo, a ligação passa em todos os

cálculos de resistência.

III. 6 FUNDAÇÕES

Entende-se como fundação de uma estrutura a parte da obra civil na qual as cargas dasuperestrutura são transferidas para o substrato de suporte - solo ou rocha, através do

elemento estrutural (aço, concreto, etc.).

As fundações são convencionalmente separadas em dois grandes grupos: o

Fundações superficiais (ou “diretas” ou rasas); o Fundações profundas.

A distinção entre esses dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de que uma

fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não surge na superfície do

terreno, a norma NBR 6122 ( ABNT) determinou que fundações profundas são aquelas cujas

bases estão implantadas a uma profundidade superior a duas vezes sua menor dimensão e a

pelo menos 3 metros de profundidade.

Alguns exemplos de fundações superficiais são: bloco, sapata, sapata corrida, viga de

fundação, grelha, sapata associada, radier. No caso do presente projeto, a fundação superficial

é o radier , elemento de fundação que recebe todos os pilares da obra.

A fundação em radier é adotada quando:

• As áreas das sapatas se aproximam umas das outras ou mesmo se interpenetram;

• Deseja-se uniformizar o recalque.

No entanto, a escolha do radier neste projeto está mais associada ao fato de que neste

tipo de obra normalmente a solução mais usual em função da sua eficiência, racionalidade ecusto são a laje de apoio ou radier . Se fosse utilizar sapatas, mesmo utilizando a dimensão

mínima, estaria gastando mais que o necessário, devido as cargas de projeto serem muito

baixas.

Para prever os esforços internos do radier de concreto armado, há quatro métodos que

podem ser aplicados:

1. Método do AIC


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2. Método das Diferenças Finitas

3. Método dos Elementos Finitos

4. Método Simplificado (como um conjunto de vigas)

O método AIC apresenta momentos fletores muito baixos. Foi optado por não utilizar

programas para fazer o dimensionamento, por isso não foi escolhido os Métodos das

diferenças finitas e dos elementos finitos.

O método escolhido foi então o Método Simplificado (como um conjunto de vigas), que

divide o radier em faixas e calcula estas faixas como vigas. A

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268_FRANCISCO DE ASSIS CORREA.pdf